Метод проектирования и реализации EMC мотора BLDC

Принцип: Согласно уравнениям Максвелла, электромагнитные помехи распространяются в форме электромагнитных волн, которые содержат переменные компоненты электрического и магнитного поля. Металлы имеют высокую электрическую проводимость и магнитную проницаемость. Когда электромагнитные помехи инцидент на металлическом экранирующем слое, в соответствии с законом электромагнитной индукции, электрическое поле будет привлекать свободные электроны в металле, чтобы двигаться направленным образом, создавая тем самым индуцированный ток. Согласно закону Ленца, магнитное поле, возбужденное индуцированным током, противоположна магнитному полю падающего интерференции, и оба накладываются друг на друга, чтобы эффективно компенсировать часть помех магнитного поля; В то же время, в соответствии с граничными условиями электрического поля, металлический экранирующий слой может отключить путь распространения электрического поля, тем самым достигая экранирующего эффекта.

Конкретная операция: в процессе производства двигателя, основанном на электромагнитных свойствах материала, алюминиевые сплавы (чья электрическая проводимость составляет около 3,5 × 10⁷ S/M, а относительная магнитная проницаемость близок к 1), а железо-никелевые сплавы (с высокой магнитной проницаемостью, такой как Permalloy, который может достигать 10⁵ в слабым магнитном поле), предпочтительны в качестве моторного дома. И принять передовую технологию герметизации, такую ​​как лазерная сварка, металлический герметик и т. Д., Чтобы минимизировать пробелы и отверстия в оболочке, чтобы предотвратить утечку электромагнитных помех. Возьмите мотор BLDC в качестве примера промышленного оборудования. Он использует алюминиевую раковину сплава. Благодаря точной технологии обработки ЧПУ разрыв в соединении оболочки составляет менее 0,1 мм, что эффективно снижает интенсивность электромагнитного излучения. Для приводной схемы, в соответствии с размером платы и интенсивности электромагнитных помех, выбирается металлическая защитная крышка с соответствующей толщиной, такую ​​как крышка медного экранирования толщиной 0,5-1 мм, а металлическая шрапнель сварена с помощью технологии поверхностного крепления (SMT), чтобы обеспечить, чтобы электрическое соединение с низким импедансом образуется между поверхностной нагнетательной крышкой.

Примечание. В процессе проектирования экранирования необходимо строго соблюдать рекомендации по проектированию электромагнитной совместимости, чтобы избежать образования новых источников помех между различными экранирующими слоями. Например, в автомобильных электронных системах корпус двигателя и крышка для защиты привода должны быть AC, связанные с конденсаторами, а для электрического выделения используются устройства, такие как оптокуплеры, для предотвращения новых электромагнитных интерференций, вызванных током, генерируемым различием потенциальных потенциалов. Кроме того, заземление экранирующего слоя очень важна. Согласно теории заземления, необходимо обеспечить, чтобы сопротивление заземления составляло менее 0,1 Ом для достижения эффективного электромагнитного экранирования.

2. Тщательное строительство системы заземления

Принцип: в соответствии с законом Ома и законом Кирххоффа основной целью заземления является обеспечение низкомумпнового возврата для тока, так что металлическая оболочка оборудования имела тот же потенциал, что и земля. Это может не только избежать высокого напряжения, вызванного накоплением статического электричества и электромагнитной индукцией от причинения вреда для оборудования и персонала, но также эффективно подавлять электромагнитные помехи на основе принципа электромагнитной индукции. Когда в оборудовании происходит электромагнитная индукция, система заземления может быстро ввести индуцированный ток в землю, тем самым уменьшая индуцированную электродвижущую силу на оборудовании.

Конкретная операция: металлическая оболочка двигателя соединена с землей через выделенную заземляющую проволоку. Согласно стандарту расчета пропускной способности текущей пропускной способности проводов и кабелей, площадь поперечного сечения заземляющего провода должна быть точно рассчитана и выбранной в соответствии с номинальной мощностью двигателя и максимальным током короткого замыкания, который может быть получен для обеспечения достаточной пропускной способности. В промышленном двигателе 5 кВт промышленного BLDC, после расчета, заземляющий проволоку с медной заземляющей средой с площадью поперечного сечения 6 мм² выбирается для удовлетворения требований к переносу тока при короткометражном токе. В приводной цепи используется многослойная печатная плата (PCB), один слой конкретно определяется как плоскость заземления, а профессиональное программное обеспечение для проектирования печатных плат (например, Altium Designer) используется для разумного расположения заземления, чтобы гарантировать, что заземленные контакты каждого компонента могут быть подключены к плоскости заземления. Для некоторых ключевых деталей аналоговых схем, таких как схема обработки сигнала датчика положения двигателя, для эффективного снижения интерференции, вызванного разности потенциалов заземления, используется одноточечный метод заземления.

ПРИМЕЧАНИЕ. Различные системы заземления должны строго следовать спецификациям проектирования электромагнитной совместимости, чтобы избежать взаимных помех. Например, в медицинском оборудовании сильное заземление тока и слабый ток заземление должны использовать независимые сундуки заземления, а эквипотенциальные соединения должны быть выполнены на заземляющей шине, чтобы предотвратить вступление сильного тока в цепи слабый ток через систему заземления. В то же время, в соответствии с соответствующими стандартами (например, GB 50169-2016 'Электрический инженерный инженерный заземление и спецификации принятия заземляющих устройств '), надежность заземляющего соединения регулярно проверяется, чтобы гарантировать, что сопротивление заземления всегда поддерживается в указанном диапазоне.

3. Разумная конфигурация фильтров

Принцип: проводимые помехи в линии электропередачи в основном включает в себя общие помехи и помехи дифференциальной режима. Индуктор общего режима использует свою специальную структуру двухпроводной параллельной обмотки, чтобы сделать магнитный поток, генерируемый током общего режима в двух обмотках, наложенных друг друга, тем самым представляя высокий импеданс, характерный для тока общего режима и эффективно подавляя интерференцию общего режима; Конденсатор дифференциального режима имеет низкую характеристику импеданса для тока дифференциального режима, основанного на емкостной характеристике реактивного сопротивления для конденсатора (x_c = frac {1} {2 pi fc}) и может обходить сигнал интерфейса с высоким содержанием дифференциального режима. Фильтр низкого частота на линии передачи сигнала основан на характеристиках частотной характеристик схемы LC. Разумно выбирая параметры индуктора и конденсатора, он позволяет низкочастотным сигналам проходить и эффективно ослаблять высокочастотные интерференционные сигналы.

Конкретная операция: на входном конце питания, в соответствии с диапазоном частот тока и интерференции источника питания, используйте программное обеспечение для анализа схемы (например, Pspice) для точного расчета, и выберите индуктор общего режима и конденсатор дифференциального режима с соответствующими параметрами для формирования фильтра. Например, для входного источника питания AC 220 В, индуктивность индуктора общего режима может быть выбрана в виде 5mh, а способность конденсатора дифференциального режима может быть выбрана как 0,47 мкф. В источнике питания моторного привода BLDC домашнего кондиционера после использования фильтра с этим параметром проводимое помехи на линию электропередачи значительно снижается, что соответствует соответствующим стандартам электромагнитной совместимости. На линии передачи сигнала, в соответствии с частотой и шириной полосы сигнала, теория конструкции фильтра используется для разработки фильтра низкого уровня с подходящей частотой отсечения. Например, для линии передачи сигнала 1 МГц частота отсечения фильтра низкого частота установлена ​​на 5 МГц путем расчета, что эффективно отфильтровывает высокочастотные интерференционные сигналы.

ПРИМЕЧАНИЕ. Выбор параметров фильтра должен быть точно сопоставлен с фактическими импедансными и частотными характеристиками схемы, в противном случае ожидаемый эффект фильтрации не может быть достигнут. В то же время решающее значение для установки фильтра имеет решающее значение. Необходимо следовать принципу кратчайшего пути распространения электромагнитных интерференций, попытаться быть ближе к источнику помех и защищенной цепи и уменьшить связь интерференционного сигнала во время процесса передачи.

Принцип: в соответствии с формулой электромагнитного крутящего момента двигателя t = k_ti (где k_t является постоянной крутящего момента, а I - ток), частота и рабочее цикл сигнала ШИМ будут напрямую повлиять на скорость изменения тока и напряжения двигателя, тем самым генерируя электромагнитные интерфейсы целевой степени. Когда частота ШИМ резонирует с естественной частотой или чувствительной частотой других цепей, интенсивность интерференции будет увеличиваться в геометрической прогрессии в соответствии с теорией вибрации. Случайная технология ШИМ вводит псевдолупонсомы для нарушения фиксированной частоты сигнала ШИМ, так что энергия помех равномерно распределяется в более широком диапазоне частот. Согласно теории плотности спектра мощности, он эффективно снижает интенсивность интерференции на определенной частоте.

Конкретная операция: при разработке алгоритма управления ШИМ используйте инструменты анализа спектра (например, анализатор FFT), чтобы всесторонне проанализировать рабочие частоты других цепей в системе, чтобы определить разумный диапазон частот PWM, чтобы избежать перекрытия с чувствительными частотами. Для случайной технологии PWM генератор чисел псевдоподоти, основанный на линейной реестре сдвига обратной связи (LFSR), используется для генерации изменяющегося частотно-изменяющегося контрольного сигнала, так что частота сигнала PWM случайным образом колеблется в диапазоне установленных частот, а диапазон колебаний может быть установлен на ± 15%. В системе управления двигателями электромобиля BLDC электромагнитная интенсивность интерференции была снижена более чем на 10 дБ после использования случайной технологии ШИМ, что эффективно улучшило электромагнитную совместимость системы.

Примечание. При использовании случайной технологии ШИМ ее влияние на эксплуатационные характеристики двигателя должно быть полностью рассмотрено. Из -за случайного изменения частоты пульсация крутящего момента может увеличиться. Согласно принципу динамики двигателя, рабочее состояние двигателя необходимо контролировать и скорректировать в режиме реального времени. Контроль с замкнутым контуром, управление с замкнутой контукой скорости и другие стратегии могут использоваться для обеспечения стабильной работы двигателя.

2. Внедрение стратегий мягкого старта и мягкой остановки

Принцип: в момент запуска мотора и остановки из -за резкого изменения тока, в соответствии с законом электромагнитной индукции, будет получено сильные электромагнитные помехи. Стратегии мягкого запуска и мягкой остановки контролируют скорость изменения рабочего цикла сигнала ШИМ, так что ток и напряжение двигателя постепенно изменяются в соответствии с заранее определенным функциональным отношением, тем самым эффективно снижая электромагнитные интерференции. Например, использование экспоненциальной функции для управления изменением рабочего цикла может сделать изменение тока и напряжения более плавным.

Конкретная операция: на этапе запуска, в соответствии с характеристиками нагрузки двигателя и системных требований, установите подходящее время запуска, например 1s. В течение этого периода рабочее цикл сигнала ШИМ постепенно увеличивается за счет экспоненциальной функции повышения, чтобы привести к постоянному напряжению мотора. На стадии остановки также устанавливается время остановки, например, 1,5 с, и рабочее цикл сигнала ШИМ постепенно уменьшается благодаря экспоненциально уменьшающейся функции для достижения медленной остановки двигателя. В системе моторного привода BLDC лифта, после принятия стратегий мягкого запуска и мягкой остановки, электромагнитные помехи значительно снижаются, а гладкость работы лифта улучшается.

ПРИМЕЧАНИЕ. Временная настройка мягкого запуска и мягкой остановки должна быть точно скорректирована в соответствии с характеристиками нагрузки двигателя и фактическим сценарием применения. Если время слишком короткое, электромагнитное помехи не может быть эффективно подавлено; Если время будет слишком длинным, это повлияет на эффективность работы и скорость отклика двигателя. Оптимальные параметры времени могут быть определены с помощью экспериментального тестирования и анализа моделирования.